A petición de la Administración Federal de Aviación (FAA) de los Estados Unidos, el Transportation Research Board celebró, en mayo de 1996, el Taller sobre el Modelado del Ruido Producido por las Aeronaves, en el Centro J. E. Jonsson de la Academia Nacional de Ciencias en Massachusetts, con el propósito de revisar el estado actual de la tecnología para el modelado del ruido, con especial énfasis en el Modelo Integrado de Ruido (Integrated Noise Model, INM) de la FAA y obtener información y guía acerca de la dirección futura que tendrá esta materia. Los objetivos del Taller considerarían:

• Si los modelos actuales de ruido y sus bases de datos son los adecuados.
• Armonización de los modelos disponibles actualmente, para aumentar su compatibilidad, reducir los costos de su desarrollo y trabajar hacia procedimientos estandarizados para la identificación, captura y manejo de los datos acerca del ruido producido por las aeronaves.
• Adaptación de los modelos de ruido actuales a nuevas aplicaciones.
• Identificación de necesidades y enfoques de investigación para avanzar en la tecnología del modelado de ruido.

La necesidad de modelos para el ruido producido por las aeronaves.

Con la introducción de las aeronaves turborreactoras, al final de los años 50 y su rápido crecimiento subsecuente, el problema del ruido en los aeropuertos producido por la operación de las aeronaves, se convirtió en un asunto de sensibilidad pública. Con el fin de evaluar las acciones para su mitigación y predecir los patrones de ruido, se hizo necesario desarrollar técnicas de medición, generar bases de datos sobre el ruido producido y los parámetros de funcionamiento de aeronaves. Se requería de una herramienta descriptiva y predictiva capaz de representar la propagación de ruido y cuantificar los efectos en las comunidades cercanas. El modelo debería tener la capacidad de integrar la geometría del aeropuerto, niveles de ruido, condiciones atmosféricas y características de funcionamiento de las aeronaves, en una imagen unificada de los patrones de exposición al ruido en y alrededor de los aeropuertos.

¿Qué es un modelo del ruido de aeronaves?

Un modelo del ruido producido por las aeronaves es esencialmente un grupo de ecuaciones que describe la relación entre varios factores que contribuyen a la intensidad y distribución del ruido. Un modelo típico tiene tres componentes principales:

• Las ecuaciones centrales; algoritmos para calcular tanto el nivel de ruido producido, en promedio, por un tipo específico de avión, en una operación determinada como los niveles de ruido acumulado por todas las aeronaves que utilizan un aeropuerto.
• Una base de datos que contiene las características de funcionamiento y del ruido producido por cada tipo de avión que opere en un aeropuerto dado.
• Datos adicionales sobre factores del medio ambiente que afectan a los niveles de ruido (elevación, temperatura, presión atmosférica, dirección y velocidad del viento, gradiente de pista, etc.) e información operacional como tráfico, utilización de pistas y trayectorias de vuelo.

Cada corrida de un modelo produce una serie de contornos de igual nivel de exposición al ruido. El impacto del ruido de un sólo avión es llamado huella de ruido. El impacto acumulado por el ruido de varios aviones en un tiempo específico, se conoce generalmente como contornos de ruido.

Los modelos de ruido se han diseñado principalmente para describir y cuantificar los impactos del ruido producido por la operación de aeronaves en lugares específicos, pero tienen también otras aplicaciones:

• Sirven como referencia para comparar los niveles de ruido predichos contra los medidos.
• Son una herramienta valiosa para la planeación del espacio aéreo, de aeropuertos y de procedimientos operativos.
• Ayudan a evaluar la efectividad de las medidas para mitigar el ruido.
• Se usan para formular estándares de ruido, y;
• Son un instrumento de investigación para conocer mejor la propagación del ruido y para desarrollar técnicas de control.

Sinopsis del modelado del ruido de aeronaves de la Administración Federal de Aviación (FAA).

La primera versión del Modelo Integrado de Ruido (INM) de la FAA, data de 1978 y posteriormente se desarrollaron varias versiones por parte de agencias gubernamentales y de los principales fabricantes de aeronaves y motores. Estos primeros modelos, procesados en grandes computadoras centrales, eran voluminosos para su corrida y tenían bases de datos incompletas, inadecuadas e incompatibles. Estaban constituidos por series diferentes de ecuaciones y algoritmos, por lo que era difícil comparar los resultados. Con el rápido desarrollo de las microcomputadoras, la tecnología del modelado de ruido avanzó considerablemente, haciendo posible desarrollar una serie de ecuaciones estandard que serían usadas por toda la aviación civil en los Estados Unidos. En 1986 se publicó el informe SAE Aerospace Information Report (AIR) No. 1845, sobre Procedimientos para el cálculo del ruido de aeronaves en la vecindad de aeropuertos, cuyo uso alcanzó consenso internacional a través del Informe OACI No. 208, publicado en 1988, con el título "Método recomendado para calcular los contornos de ruido alrededor de los aeropuertos". La adopción de ambos documentos propició que, con la versión del Modelo Integrado de Ruido de 1987, se fijaran, como norma nacional en los Estados Unidos y con amplio uso internacional, una serie de ecuaciones y las bases de datos asociadas.

Mejoras del modelo INM.

Este modelo ha sido mejorado varias veces en los últimos 10 años. La versión 5.1 de enero de 1997, incluye la base de datos militar NOISEMAP y la capacidad de correr el modelo como aplicación de 32 bits en Windows 95. El resultado de las mejoras incorporadas es que el modelo es más fácil de usar, más flexible en sus aplicaciones y capaz de mostrar sus resultados en un mayor número de formas. Se pueden señalar los siguientes atributos:

• Introducción simplificada de datos de trayectoria de vuelo.
• Definición de la métrica del ruido por el usuario.
• Cálculo de la exposición al ruido en puntos específicos de población o ubicaciones dentro o fuera de los aeropuertos.
• Expansión de los archivos de datos geográficos para cientos de aeropuertos y pistas en los Estados Unidos, y;
• Conversión rápida de las gráficas producidas por el modelo INM a dibujos CAD.

Problemas y asuntos por resolver.

No obstante los notables avances de la tecnología de modelado de ruido, se enfrentan cuestiones por resolver en tres áreas de interés primario:

• Si la tecnología actual de modelado de ruido es la adecuada en cuanto a precisión, validez y flexibilidad.
• Si la aplicación de los modelos disponibles, a requerimientos mayores de valoración, es útil o se requieren nuevas formas de análisis más complejas.
• Resolución de los asuntos de orden organizacional e institucional referentes a la armonización de los modelos de ruido, sus bases de datos, su uso y la formulación de reglas y procedimientos para la operación de aeronaves.

Tecnología de modelado.

Las ecuaciones y procedimientos de cálculo que constituyen el cuerpo del modelo INM están basados en la tecnología y el conocimiento de los efectos del ruido que existía en 1986. Mucho ha cambiado desde entonces, con las redes, las computadoras personales y los nuevos sistemas operativos, se tiene más rapidez, capacidad y versatilidad en el procesamiento; y se cuenta con bases de datos más amplias, con información más precisa y detallada sobre funcionamiento de aeronaves y con la incorporación de más variables del medio ambiente. Se han afinado detalles en el modelo, cuidando la precisión y validez de las bases de datos y de las predicciones de ruido, añadiendo mejoras para rangos de análisis más amplios y flexibles y para facilitar las rutinas de computación.

Revisión del modelo INM.

Este modelo ha cumplido muy bien con su propósito de predecir los niveles de exposición al ruido para la planeación de aeropuertos y del espacio aéreo, por lo que se sugiere sólo un examen cuidadoso de lo que se requiere para reforzar el marco básico de ecuaciones, añadir funciones que mejoren su precisión y consistencia y reconfirmar la validez de sus resultados. Se recomienda, como segundo objetivo, evaluar si el modelo puede adaptarse a nuevas aplicaciones, como: la exposición al ruido en áreas amplias, los efectos de sobrevuelo sobre parques nacionales y áreas silvestres, los efectos sobre las poblaciones residentes bajo un corredor de rutas aéreas, y; los niveles de ruido en los aeropuertos, producido por transportación terrestre y otras fuentes distintas a los aviones.

Nuevas características deseables.

El modelo INM no es una simulación completa de la exposición al ruido de aeronaves, ya que en su desarrollo se tomaron suposiciones para simplificación, por lo que, la experiencia en su uso sugiere nuevas características para una mayor precisión predictiva y un mejor conocimiento de los fenómenos de propagación del ruido en cuanto a efectos del terreno, efectos atmosféricos, medición de la frecuencia de los niveles de ruido, definición de los patrones de ruido en tres dimensiones que consideren los efectos en altitud y modelación de los procedimientos de tráfico aéreo con base en datos del radar de aeropuerto.

Bases de datos.

Las bases de datos actuales deberían examinarse y estandarizarse, en lo posible, evaluando su contenido, precisión, confiabilidad, nivel de detalle y características técnicas, tales como formato, estructura de archivos, unidades de medida y su adecuación a las aplicaciones del usuario. Se han identificado las siguientes áreas de investigación para mejorar las bases de datos:

• Propagación de ruido desde la parte trasera del avión durante corrida de motores, despegues y ascenso inicial y de la aplicación de reversas en el aterrizaje.
• Ampliación de datos sobre funcionamiento de aeronaves, especialmente de las turbohélice y de aviación general.
• Detallar los registros de variación de ruido en las operaciones totales por hora, día, temporada y año.
• Inclusión en la base de datos de la propagación del sonido generado por el tráfico en ruta y en corredores de vuelo de gran altitud.
• Datos sobre regímenes de potencia y parámetros de motores.
• Datos de espectro y direccionales para la absorción en el aire, directividad y efectos de terreno.
• Datos de nuevas fuentes como radar de aeropuerto y de sistemas de información geográfica.

Aplicaciones y práctica.

Aunque la mayoría de los usuarios encuentran una cercana correlación entre las predicciones del modelo INM, otros sienten que se deben desarrollar nuevas técnicas de valuación de ruido y métodos interpretativos.

La correlación entre los niveles de ruido calculados y medidos ha mostrado, en algunos casos, inconsistencias debidas probablemente a variables no incluidas en las ecuaciones del modelo, como viento, turbulencia o tipos de superficie del terreno. También puede ser que el ruido medido sea más alto que el calculado, por la operación real del avión o porque el ruido de fondo de otras fuentes inducen errores en los niveles medidos. La Administración Federal de Aviación ha procurado usar los datos de los programas de medición en campo para mejorar la precisión del modelado.

Las limitaciones del modelo.

Las aerolíneas, en particular, opinan que los reglamentos para el abatimiento de ruido y la observación de los procedimientos operacionales prescritos, crean condiciones que las afectan adversamente. En algún grado, el problema radica en la forma en que los modelos son usados, para propósitos no considerados en su diseño. Los usuarios podrían tener expectativas no razonables en cuanto a lo que el modelo puede hacer y que tan cercanos estarían sus resultados con los datos medidos. Se deberían proveer medios y establecer reglas para adaptar modelos, considerando condiciones y procedimientos especiales.

Problemas de las aerolíneas.

Las aerolíneas desean evitar la multiplicidad de restricciones y medidas para el abatimiento del ruido. Para esto, sería deseable una revisión cuidadosa de los procedimientos de aproximación y de salida, para reducir las variaciones existentes entre aeropuertos y uniformar los manuales de fabricante, las reglas de operación de las aerolíneas y los procedimientos estándar de la FAA. Esto daría más eficiencia de operación y mayor consistencia en los procedimientos de abatimiento de ruido. Las aerolíneas desearían que se examinen las siguientes cuestiones:

• Ajustes de potencia de los motores que sean los apropiados para modelar el funcionamiento en despegue y ascenso.
• Perfiles de salida de las aeronaves para el abatimiento de ruido. Se debería buscar un acuerdo sobre la practicabilidad y seguridad de los procedimientos de vuelo requeridos para el abatimiento de ruido.
• Interpretación de las reglas y procedimientos, por la diferencia entre estos y los perfiles reales de aproximación y salida que operan las tripulaciones.

Asuntos organizacionales e institucionales.

El estado de la tecnología para el modelado del ruido ha alcanzado un punto en donde hay opiniones en el sentido de que los diversos modelos usados para evaluación y predicción del ruido deberán ser mutuamente compatibles. Hasta donde sea práctico, deben incorporar ecuaciones básicas y paradigmas de computación similares, parámetros de funcionamiento de aviones y de medio ambiente comunes y unidades de medida uniformes o rápidamente convertibles. La compatibilidad es un asunto tanto técnico, como de relaciones organizacionales e institucionales, por la participación que las agencias gubernamentales, asociaciones industriales y los intereses privados tienen en el proceso.

El objetivo de la armonización, según opiniones en la aviación civil, es lograr un consenso más amplio sobre procedimientos para el modelado de ruido y la más alta calidad en las bases de datos. Un interés sobre la calidad y confiabilidad de las bases de datos, es la disponibilidad y fácil acceso a la información técnica que se provee a los usuarios por parte de los custodios de modelos y bases de datos. Se requerirá trabajar en procedimientos y acuerdos necesarios para lograr la aceptación de la comunidad de la aviación civil y asegurar que se adopten las soluciones a los problemas del modelado.

* Síntesis y traducción de: STRETCHBERRY, Steve L. et al, Aircraft Noise Modeling, Transportation Research Circular, Washington, D.C., Transportation Research Board, Num. 473, may 1997, pp. 1-25.